風(fēng)電-制氫并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的控制方法
【專利摘要】本發(fā)明是一種風(fēng)電-制氫并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的控制方法，包括建立基于雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)的風(fēng)電機(jī)組模型、建立電解槽模型和對(duì)并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行控制等內(nèi)容，能夠充分反應(yīng)對(duì)風(fēng)電-制氫并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)建模與控制的有效性；提高了電網(wǎng)對(duì)新能源的接納能力，適應(yīng)性強(qiáng)，具有較高的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
【專利說(shuō)明】風(fēng)電-制氫并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的控制方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明是一種風(fēng)電-制氫并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的控制方法，應(yīng)用于風(fēng)電-制氫并網(wǎng)發(fā)電 系統(tǒng)建模仿真、并網(wǎng)控制策略研究、及其與電網(wǎng)相互作用機(jī)理研究與應(yīng)用。

【背景技術(shù)】
[0002] 由于風(fēng)電功率輸出具有隨機(jī)性、間歇性和波動(dòng)性，對(duì)電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行造成不利 的影響。為有效解決這一問(wèn)題，提高風(fēng)電輸出功率品質(zhì)，許多科研工作者積極研究和探索風(fēng) 電-制氫并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的理論意義和工程應(yīng)用價(jià)值。通過(guò)采用科學(xué)創(chuàng)新的技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn) 了風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)與電解槽協(xié)調(diào)優(yōu)化控制策略達(dá)到輸出功率平穩(wěn)，進(jìn)而解決了風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng) 并網(wǎng)運(yùn)行所產(chǎn)生的功率波動(dòng)等技術(shù)難題，為風(fēng)電大規(guī)模開(kāi)發(fā)利用提供了有力的理論支撐和 技術(shù)指導(dǎo)。風(fēng)電-制氫并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)對(duì)提高了風(fēng)能利用率，推進(jìn)我國(guó)風(fēng)能、氫資源的大規(guī)模 開(kāi)發(fā)利用，實(shí)現(xiàn)能源可持續(xù)發(fā)展有著非常重要的實(shí)際意義。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的是，提供一種電網(wǎng)對(duì)新能源吸納能力強(qiáng)、適應(yīng)性好、具有較高實(shí)用價(jià) 值的風(fēng)電-制氫并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的控制方法。
[0004] 本發(fā)明的目的是由以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的：一種風(fēng)電-制氫并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的控制 方法，其特征是，它包括以下步驟：
[0005] 1)建立基于雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)的風(fēng)電機(jī)組模型
[0006] 風(fēng)電機(jī)組空氣動(dòng)力學(xué)數(shù)學(xué)模型為：
[0007]

【權(quán)利要求】
1. 一種風(fēng)電-制氫并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的控制方法，其特征是，它包括以下步驟： 1)建立基于雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)的風(fēng)電機(jī)組模型 風(fēng)電機(jī)組空氣動(dòng)力學(xué)數(shù)學(xué)模型為： 其中：PM為風(fēng)輪機(jī)捕獲的風(fēng)能轉(zhuǎn)化成風(fēng)電機(jī)組的機(jī)械功率，為風(fēng)電接入點(diǎn)的空氣 密度，Cp為葉片的風(fēng)能轉(zhuǎn)換效率系數(shù)，是風(fēng)輪機(jī)葉尖速比和槳距控制角的函數(shù)，λ為風(fēng)輪機(jī) 的葉尖速比，β為風(fēng)電機(jī)組的槳距控制角，π為圓周率，一般取3. 1415926, R為風(fēng)輪機(jī)葉 輪半徑，Vw為風(fēng)電接入點(diǎn)的時(shí)時(shí)風(fēng)速； 風(fēng)輪機(jī)與發(fā)電機(jī)的兩質(zhì)塊軸系數(shù)學(xué)模型方程為：
(2) 其中：Ητ為風(fēng)輪機(jī)的慣性常數(shù)，ωτ為風(fēng)輪機(jī)的電角速度，TM為風(fēng)輪機(jī)的機(jī)械轉(zhuǎn)矩，K s為 風(fēng)輪機(jī)和發(fā)電機(jī)軸的剛度系數(shù)，9S為兩質(zhì)塊之間相對(duì)角位移，DT為風(fēng)輪機(jī)轉(zhuǎn)子阻尼系數(shù)， He為發(fā)電機(jī)的慣性常數(shù)，為感應(yīng)發(fā)電機(jī)的電角速度，TE為發(fā)電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩，De為發(fā)電 機(jī)轉(zhuǎn)子阻尼系數(shù)，為電網(wǎng)的同步角速度，dc〇 T/dt為風(fēng)輪機(jī)角速度對(duì)時(shí)間的導(dǎo)數(shù)，do^/dt 為感應(yīng)發(fā)電機(jī)電角速度對(duì)時(shí)間的導(dǎo)數(shù)，d Θ s/dt為兩質(zhì)塊之間相對(duì)角位移對(duì)時(shí)間的導(dǎo)數(shù)； 同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)的電壓方程為：
(3) 磁鏈方程為
(4) 其中：usd與usq分別為發(fā)電機(jī)定子d軸和q軸繞組電壓，uri與分別為發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子d 軸和q軸繞組電壓，￥sd與￥sq分別為發(fā)電機(jī)定子d軸和q軸繞組磁鏈，與Ψμ分別為 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子d軸和q軸繞組磁鏈，i sd與isq分別為發(fā)電機(jī)定子d軸和q軸繞組電流，iri與 分別為發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子d軸和q軸繞組電流，〇^為坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)角速度，&為發(fā)電機(jī)定子繞 組的電阻，艮為發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組的電阻，s為發(fā)電機(jī)的滑差率，L s為發(fā)電機(jī)定子繞組的自感 抗山為發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組的自感抗，Lm為發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子與定子繞組之間的互感抗，d￥ sd/dt與 d Vsq/dt分別為發(fā)電機(jī)定子d軸和q軸繞組磁鏈對(duì)時(shí)間的導(dǎo)數(shù)，d il^d/dt與d Vni/dt分別 為發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子d軸和q軸繞組磁鏈對(duì)時(shí)間的導(dǎo)數(shù)； 發(fā)電機(jī)定子電壓矢量方向設(shè)定為d軸，故發(fā)電機(jī)定子d軸繞組電壓等于發(fā)電機(jī)定子電 壓矢量，發(fā)電機(jī)定子q軸繞組電壓等于〇,因此，雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)輸出的有功功率與無(wú)功功 率為：
(5) 其中：PS與Qs分別為雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)輸出的有功功率與無(wú)功功率，us為發(fā)電機(jī)定子電 壓矢量，Lm為發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子與定子繞組之間的互感抗，iri與分別為發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子d軸和q軸 繞組電流，L s為發(fā)電機(jī)定子繞組的自感抗，c〇s為坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)角速度； 2)建立電解槽模型 電解槽陽(yáng)極和陰極電極反應(yīng)為：
(6) 其中：Η20為水，02為氧氣，Η2為氫氣，Η+為氫離子，e為電子； 陽(yáng)極平衡方程式為
(7) 其中：與分別為陽(yáng)極氧氣和水的摩爾量，
分別為陽(yáng)極流入和流出 氧氣的摩爾流速，
分別為陽(yáng)極流入和流出水的摩爾流速，
為陽(yáng)極產(chǎn)生的氧 氣的流速，
為電遷移與擴(kuò)散流速，
分別為陽(yáng)極氧氣和水的摩爾流速； 陰極平衡方程式為：
(8) 其中：NH2與NH20c分別為陰極氫氣和水的摩爾量，
：分別為陰極流入和流出 氧氣的摩爾流速，
分別為陰極流入和流出水的摩爾流速，Λ「丨f: n為陰極產(chǎn)生的氫 氣的流速，
為電遷移與擴(kuò)散流速，
分別為陰極氫氣和水的摩爾流速； 電解槽整體電壓為： (9) (10) 其中：為電解槽整體電壓，E+為開(kāi)路電壓，PT為活化極化電壓，--1?為歐姆極化 電壓，F(xiàn)為法拉第常數(shù)，Λ G+為電化學(xué)反應(yīng)過(guò)程的Gibbs自由能變，R為氣體常數(shù)，Τ+為電 解槽溫度，Ρ?為陰極氫氣分壓，P泣為陽(yáng)極氧氣分壓，《孟〇為陽(yáng)極和電解質(zhì)之間的水活度， β為傳遞系數(shù)，L為電流密度，tteO為交換電流密度，尺t1"為膜電阻； 3)對(duì)并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的控制 風(fēng)電場(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)差功率為：
(11) 其中：PW4為風(fēng)電場(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)差功率，pw為風(fēng)電場(chǎng)輸出功率，Ρ^ΚΜ為經(jīng)指數(shù)平滑法預(yù)測(cè)出的 風(fēng)電場(chǎng)輸出較平穩(wěn)的功率，τ為時(shí)間間隔； 并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)參考功率為： PrEF - Pw-ESM_Pw- δ (12) 其中：PKEF為并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)上網(wǎng)參考功率，PiESM為經(jīng)指數(shù)平滑法預(yù)測(cè)出的風(fēng)電場(chǎng)輸出較 平穩(wěn)的功率，Pw^為風(fēng)電場(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)差功率； 電解槽消耗功率為： Pc 一 Pw_PrEF (13) 其中：P。為電解槽消耗的功率，Pw為風(fēng)電場(chǎng)輸出功率，PKEF為并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)上網(wǎng)參考功 率； 應(yīng)用"先進(jìn)先出"算法，進(jìn)行電解槽優(yōu)化控制，具體流程為： (A) 初始化電解槽開(kāi)關(guān)序號(hào)、AELN和LAEL， (B) TELN大于AELN進(jìn)入（C)，否則進(jìn)入（I)， (C) 電解槽開(kāi)關(guān)打開(kāi)和電解槽打開(kāi)次數(shù)小于電解槽持續(xù)打開(kāi)最大次數(shù)，進(jìn)入（D)，否則 進(jìn)入（E)， (D) 電解槽打開(kāi)次數(shù)等于上時(shí)刻電解槽打開(kāi)的次數(shù)加1，進(jìn)入（E)， (E) 該電解槽序號(hào)達(dá)到最大，進(jìn)入（F)，否則判斷下一個(gè)電解槽返回（C)， (F) LAEL的下一個(gè)電解槽開(kāi)關(guān)是關(guān)閉的，進(jìn)入（G)，否則進(jìn)入（H)， (G) 將電解槽開(kāi)關(guān)置于開(kāi)狀態(tài)將電解槽打開(kāi)的次數(shù)置本時(shí)刻AELN，本時(shí)刻AELN等于上 時(shí)刻AELN加本時(shí)刻LAEL，并且等于當(dāng)前電解槽的序號(hào)，進(jìn)入⑶， (H) AELN達(dá)到TELN，結(jié)束，否則判斷下一個(gè)電解槽返回（F)， (I) 尋找打開(kāi)次數(shù)最大的電解槽，進(jìn)入（J)， (J)該電解槽打開(kāi)的次數(shù)達(dá)到電解槽持續(xù)打開(kāi)的最大次數(shù)，進(jìn)入（K)，否則進(jìn)入（Μ)， (Κ)將電解槽開(kāi)關(guān)置于關(guān)狀態(tài)，將電解槽的打開(kāi)次數(shù)歸零AELN等于AELN減1，進(jìn)入 (L), (Μ)該電解槽序號(hào)達(dá)到最大，進(jìn)入（Ν)，否則判斷下一個(gè)電解槽返回（J)， (Ν)電解槽已打開(kāi)最大次數(shù)等于電解槽已打開(kāi)最大次數(shù)減1，進(jìn)入（0)， (0) AELN達(dá)到TELN，結(jié)束，否則判斷下一個(gè)電解槽返回（J)， 其中：AELN為某一時(shí)刻已經(jīng)激活的電解槽個(gè)數(shù)，LAEL為上一次打開(kāi)的電解槽的序號(hào)， TELN為制氫裝置中需要安裝的電解槽個(gè)數(shù)。
【文檔編號(hào)】H02J3/38GK104113084SQ201410369925
【公開(kāi)日】2014年10月22日 申請(qǐng)日期:2014年7月31日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月31日
【發(fā)明者】孔令國(guó), 蔡國(guó)偉, 劉闖, 楊德友, 劉士利, 潘超, 劉鋮, 黃南天, 徐昂翾, 陳沖, 彭龍 申請(qǐng)人:東北電力大學(xué)